玉米和大豆對礦區砷污染土壤的植物修復研究

摘要：隨著社會經濟的高速發展，我國礦區土壤的重金屬污染日益嚴重。砷元素對土壤的污染具有累積性和穩定性，早期發現和及時修復是十分必要的。本文利用當地主要農作物研究植物修復法對礦區砷污染土壤進行修復研究。通過盆栽種植實驗，配以絡合劑進行土壤改良，考察砷元素的吸收情況，確定土壤砷污染的最佳修復方案。

關鍵詞：玉米；大豆；砷；植物修復

引言

隨著礦業的迅速發展，礦區乃至礦業城市周邊土壤重金屬污染問題已成為環境污染的熱點問題之一[1]。砷作為非金屬，其毒性及某些性質卻與重金屬相似，因此被列入重金屬污染物范圍。砷的毒性和致畸、致癌、致突變性質，已引起人們的日益關注，同時威脅著人類健康、農業及生態可持續性發展[3]。本文通過添加絡合劑的盆栽玉米和大豆實驗對礦區土壤中的砷元素進行吸收、抽提，試圖尋找到一種對砷具有良好富集能力的植物。

1.材料與方法

1.1實驗材料

實驗土樣取自遼寧省某礦業公司主導風向下風向垂直距離約1km處的菜地，以往監測結果表明該地土壤環境中砷含量超標。實驗植物選取當地主要農作物玉米和大豆，絡合劑選取常見試劑富里酸。

1.2樣品栽培

取得土樣后，對土壤進行自然風干、搗碎、提出雜物后經過2mm篩，同時測定其基本理化性質及砷含量背景值。在陶瓷盆中裝土5kg，共分二組，每組10個，進行平行實驗，分別為空白實驗和加入絡合劑富里酸的實驗。

苗木出芽后兩周，用富里酸進行灌溉，兩周后再澆溉第二次，二個月后澆溉第三次。富里酸濃度系列為20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L，分別標注為富里酸1號、富里酸2號、富里酸3號、富里酸4號。

試驗期間定期澆水，保持70%的田間持水量。期間觀察并記錄農作物苗期的生長狀況。

1.3砷的測定

分別采集玉米和大豆植株洗凈，自然風干，然后在105℃下殺青0.5小時，70℃烘干稱量干重，計算含水量。采取微波消解法消除植株。稱取植物約0.3g，加入10ml硝酸，逐步升溫進行樣品消解。消解后的樣品定容到25ml，采用ICP-MS測定。實驗結果為3次結果平均值。

2.結果與分析

通過前期實驗可知菜地中砷元素背景值為64.8mg/kg，實驗測得2種不同植物體內總砷的含量。

2.1玉米植株內砷含量

玉米植株內砷含量在不同實驗條件下測得的數據如下表1所示。

實驗證明，玉米具有富集土壤中砷元素的能力。土壤中加入富里酸后，當濃度增加到一定量（第4濃度水平）后，玉米中砷含量急劇增加，玉米植株各部位對砷的富集能力是不同的，其含量分布為玉米粒>玉米根>玉米莖>玉米棒>玉米棒葉>玉米葉。其中，玉米粒中富集的砷量最大，這說明在土壤中施加富里酸后，砷的形態發生改變，促進玉米對砷的吸收，增強玉米植株對砷元素的轉運運動，從而使玉米粒中不斷富集砷。

2.2大豆植株內砷含量

不同實驗條件下大豆植株內砷含量的測定數據如下表2所示。

隨著絡合劑富里酸濃度的增加，大豆植株內砷含量呈現先減后增趨勢。大豆各部位對砷的吸收能力也是不同的，其含量分布為大豆豆莢>大豆葉>大豆莖>大豆豆粒>大豆根，砷元素主要富集在大豆豆莢、大豆葉和大豆莖中。其中，大豆葉中砷的富集量增幅最大，說明富里酸增強了大豆根對砷的轉運能力，從而使大豆葉中不斷富集砷元素。

由實驗可知，當地主要農作物玉米和大豆可富集土壤中的砷元素。用于修復砷污染土壤所種植的玉米和大豆，建議放棄其食用價值，送到專門的垃圾處理場進行集中處理。

2.3修復效果預測

對單位質量玉米和大豆富集砷元素的結果進行分析，選取富集砷元素最優情況，按照每畝玉米和大豆的種植密度，核算出玉米富集砷元素量為0.98g/ha，大豆對砷元素的吸附量為52.12g/ha。假設礦山停止生產，周邊土壤中砷元素含量不再添加。土壤經過富里酸改性后，每年產出的植物全部運走，不參與下一年的砷循環，可以預測連續種植92年玉米可以使土壤達到國家標準，連續種植2年大豆即可使土壤達到國家標準。

因此，在砷污染嚴重的礦區土地種植大豆可以有效的去除砷元素，達到凈化土壤的目的。

4.結論

在絡合劑富里酸的作用下，單位質量玉米對于砷污染嚴重的礦區土壤修復效果較好。但是由于大豆種植密度較大，每畝大豆對砷污染土壤的凈化作用更明顯。因此，大豆可作為修復砷污染土壤的超富集植物進行推廣。

參考文獻：

[1]張溪、周愛國等.金屬礦山土壤重金屬污染生物修復研究進展[J].環境科學與技術，2010（3）：106-112.

[2]潘志明.砷汞鉛鎘復合污染土壤的腎蕨植物修復技術研究[D].成都：成都理工大學，2006.

[3]張曉紅，陳敏.砷的污染毒性及對人體健康的影響[J].甘肅環境研究與檢測，1999（12）：215-217.